JP6233071B2 - 電池パック及び電池パックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池パック及び電池パックの製造方法に関する。

従来より、この分野の技術の一例として、特許文献１記載の蓄電装置（電池パック）がある。この蓄電装置は、複数個の電池モジュールがバッテリーケース（筐体）に収容され、そのバッテリケースの上方からバッテリーカバー（蓋）が複数のネジにより固定されて構成されている。このように、通常、電池パックでは、電池モジュールは、有底筒状の筐体に収容され、筐体の開口を塞ぐ蓋は、複数のネジによって筐体にネジ止めされている。

特開２０１２−３３３０６号公報

電池パックでは、筐体の開口側の端面と蓋との間にリング状のシール部材を配置し、ケース内をシール部材でシールする場合がある。このような電池パックを製造する場合、ネジとネジ孔とによって、蓋と筐体との位置合わせを行うと、複数のネジの位置を対応するネジ孔に一回で合わせることが困難である。そのため、蓋と筐体との位置合わせの工程で、ネジによってシール部材を傷つけ、結果として、電池パック内のシール性が低下する場合があった。また、上述した位置合わせの困難性から、電池パックの製造時間が長くなる場合があった。

そのため、本発明は、製造時間の短縮化を図れると共に、シール性の向上を図ることが可能な電池パック及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池パックは、電池モジュールを有する電池パックであって、電池モジュールを収容する有底筒状の筐体と、筐体の開口側の端面上に筐体の周方向に沿って設けられるリング状のシール部材と、筐体の開口を塞ぐと共に、筐体に複数の固定部材によって固定される蓋と、を備え、端面には、複数の固定部材が挿入される複数の第１の挿入孔が形成されていると共に、筐体と蓋との位置合わせのための位置合せ部材が挿入される第２の挿入孔が形成されており、第２の挿入孔は、端面の幅方向において、シール部材より外側に形成されており、蓋には、複数の第１の挿入孔のそれぞれに対向する部分に、対応する固定部材を通すための第１の貫通孔が形成されており、第２の挿入孔に対向する部分に位置合わせ部材を通すための第２の貫通孔が形成されている。

上記電池パックでは、第２の挿入孔は、シール部材の外側に設けられているので、第２の挿入孔及び第２の貫通孔を形成していてもシール性を確保できる。また、筐体に蓋を位置合わせする際に、例えば、位置合わせ部材を、第２の貫通孔及び第２の挿入孔に通すことによって、筐体に蓋を位置合わせできる。このように位置合わせした後、第１の貫通孔及び第１の挿入孔に、対応する固定部材を挿入し、蓋と筐体とを固定すれば、シール部材が、複数の固定部材によって傷つけられることがない。そのため、シール性の向上を図ることができる。また、第２の貫通孔及び第２の挿入孔を利用することで筐体と蓋との位置合わせが容易であるため、電池パックの製造に要する時間を短くし得る。

一実施形態において、筐体には、第２の挿入孔が２つ以上形成されていてもよい。

この場合、より確実に、蓋と筐体との位置合わせができるので、シール部材が固定部材によって傷つけられにくく、位置合わせ時間もより短縮できる。

本発明の他の側面に係る電池パックの製造方法は、電池モジュールを有する電池パックの製造方法であって、有底筒状の筐体の開口側の端面上に、リング状のシール部材を配設するシール部材配設工程と、筐体内に電池モジュールを収容する収容工程と、電池モジュールが収容されておりシール部材が配設された筐体の開口側の端面に複数の固定部材によって蓋を取り付ける取付工程と、を備える。上記端面には、複数の固定部材が挿入される複数の第１の挿入孔が形成されていると共に、筐体に対する蓋の位置合わせ部材が挿入される第２の挿入孔が形成されており、第２の挿入孔は、端面において、シール部材より外側に形成されている。蓋には、複数の第１の挿入孔のそれぞれに対向する部分に、対応する固定部材を通すための第１の貫通孔が形成されており、第２の挿入孔に対向する部分に位置合わせ部材を通すための第２の貫通孔が形成されている。上記取付工程は、位置合わせ部材を、蓋の第２の貫通孔に通すと共に、対応する第２の挿入孔に挿入することによって、蓋と筐体との位置合わせをする位置合わせ工程と、複数の固定部材を、対応する蓋の第１の貫通孔を通すと共に、対応する第１の挿入孔に挿入して固定することによって、蓋を筐体に固定する固定工程と、位置合わせ工程の後、位置合わせ部材を取り外す取外し工程と、を有する。

上記電池パックの製造方法では、位置合わせ部材を第２の貫通孔及び第２の挿入孔に通すことによって、筐体と蓋との位置合わせをする。その後、第１の貫通孔及び第１の挿入孔に、対応する固定部材を挿入し、蓋と筐体とを固定している。そのため、シール部材が、複数の固定部材によって傷つけられにくく、結果として、シール性の向上した電池パックを製造できる。複数の固定部材ではなく、位置合わせ部材によって筐体及び蓋の位置合わせをしているので、位置合わせが容易である。そのため、電池パックの製造に要する時間を短くし得る。

一実施形態において、位置合わせ工程では、位置合わせ部材が取り付けられた取付治具であって蓋を脱着自在な上記取付治具に、第２の貫通孔に位置合わせ部材を挿入した状態で、蓋を固定し、取付治具に固定された蓋から突出する位置合わせ部材を筐体の第１の挿入孔に挿入することによって、蓋と筐体とを位置合わせし、取外し工程では、蓋から取付治具を取り外すことによって、位置合わせ部材を取り外してもよい。

位置合わせ部材が取り付けられた取付治具に蓋を固定することで、蓋の第２の貫通孔を通して位置合わせ部材を蓋から突出させた状態にし得る。このように、蓋の固定された取付治具によって蓋を筐体にガイドしながら、位置合わせ部材によって蓋と筐体との位置合わせができるので、位置合わせが容易である。

一実施形態において、蓋は金属製であり、取付治具は、電磁石を有していてもよい。

この場合、取付治具が有する電磁石のＯＮ／ＯＦＦによって、取付治具と、蓋との脱着が可能である。

本発明によれば、製造時間を短縮可能であって、シール性の向上が図れる電池パック及びその製造方法が提供され得る。

図１は、一実施形態に係る電池パックの概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示した電池パックが有する電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。 図３は、図１に示したケースの分解斜視図である。 図４は、図１に示した電池パックの製造方法を示すフローチャートである。 図５（Ａ）は、取付工程で使用する取付治具の概略構成を示す斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した取付治具を蓋が配置される側からみた斜視図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、蓋の取付工程を示す図面である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、一実施形態に係る電池パックの概略構成を示す模式図である。電池パック１は、複数の電池モジュール１０と、複数の電池モジュール１０を収容するケース２０とを備える。図１では、電池モジュール１０を模式的に図示している。各電池モジュール１０は、互いに電気的に接続されており、固定部材によってケース２０に固定されている。

ケース２０は、有底筒状の筐体２１と、蓋２２とを有し、蓋２２は、複数のネジ（固定部材）２３によって筐体２１にネジ止めされている。筐体２１と蓋２２との間には、リング状のシール部材２４が介在しており、ケース２０内を封止している。ネジ２３の一例はボルトである。

図２を参照して、電池モジュール１０の構成について説明する。図２は、図１の電池パック１が有する電池モジュール１０の概略構成を示す図面である。電池モジュール１０は、複数の電池セル１１が電気的に接続されたものである。複数の電池セル１１の構成は同じである。

電池セル１１は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池といった蓄電池である。ただし、電池セル１１は、二次電池に限られず、例えば、電気二重層キャパシタなどでもよい。電池セル１１は、例えば、電解液が充填されたケース１２内に負極とセパレータと正極とを積層してなる電極組立体１３を収容することによって構成されている。電極組立体１３の負極及び正極は、ケース１２に絶縁された状態で固定された一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。よって、一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂの一方は、負極端子として機能し、他方は正極端子として機能する。一対の電極端子１４Ａ，１４Ｂそれぞれは、その一端がケース１２の外側に突出している。

複数の電池セル１１は並設されており、隣接する電池セル１１の電極端子１４Ａ，１４Ｂは、バスバーといった導電性を有する板状の接続部材１５によって接続されている。複数の電池セル１１は、拘束具１６によって、一体化されている。拘束具１６は、例えば、複数の電池セル１１を並設方向から挟み込む一対の金属プレート１７と、電池セル１１１１の側方に配置されると共に一対の金属プレート１７を連結する棒状の連結部材１８と、複数の電池セル１１を金属プレート１７によって挟み込んだ状態で金属プレート１７に連結部材１８を固定するためのボルト１９と、を有している。

次に、図３を参照して、ケース２０について詳細に説明する。図３は、ケース２０の分解斜視図である。図３では、説明のために、蓋２２を筐体２１に固定するためのネジ２３も一緒に示している。

ケース２０は、複数の電池モジュール１０を収容する金属製の筐体２１と、筐体２１の開口を塞ぐための金属製の蓋２２とを有する。筐体２１は、矩形平板上の底板２５と、底板２５の対向する一対の縁部から立設された一対の側板２６ａ，２６ｂと、底板２５の他の対向する一対の縁部から立設された側板２６ｃ，２６ｄとから構成される箱体である。底板２５及び側板２６ａ〜２６ｄの材料の例は、鉄（ＳＳ４００）である。筐体２１の開口側の端面２１ａは、側板２６ａ〜２６ｄの開口側の端面が連結されて構成されており、リング状を呈する。端面２１ａ上には、ケース２０を密閉するためのシール部材２４が設けられている。シール部材２４は、筐体２１の周方向に沿って延びており閉じている。すなわち、シール部材２４は、リング状を呈する。なお、側板２６ａ〜２６ｄの一部には、ケース２０内に収容される電池モジュール１０に電気的に接続された電気配線とケース２０の外側の装置とを電気的に接続するためのコネクタ（図示省略）などが設けられている。

端面２１ａの幅方向（端面２１ａにおける周方向と直交する方向）において、シール部材２４より内側には、蓋２２をネジ止めするために、ネジ２３と螺合するネジ孔（第１の挿入孔）２１ｂが複数形成されている。ネジ２３と結合する結合部（或いは結合孔）としてのネジ孔２１ｂの数及び配置は、蓋２２をネジ止めした際に、ケース２０を密閉可能な数及び配置であればよい。

一方、端面２１ａの幅方向（各側板２６ａ〜２６ｄにおいてその板厚方向）において、シール部材２４の外側には、ピン挿入孔（第２の挿入孔）２１ｃが形成されている。ピン挿入孔２１ｃは、蓋２２を筐体２１にネジ止めする際に使用する位置合わせ用ピン（位置合わせ部材）３４（図５（Ａ），（Ｂ）参照）が挿入される孔である。図３に示した一実施形態では、対向する側板２６ａ，２６ｂの端面にそれぞれピン挿入孔２１ｃが形成されている。

蓋２２は、筐体２１の開口を塞ぐためのものであり、筐体２１の平面視形状と同じ平面視形状を有する。蓋２２の材料の例は、鉄（ＳＳ４００）である。蓋２２において筐体２１のネジ孔２１ｂに対向する部分には、ネジ２３を通すための貫通孔（第１の貫通孔）２２ａが形成されており、ピン挿入孔２１ｃに対向する部分には、位置合わせ用ピン３４を通すための貫通孔（第２の貫通孔）２２ｂが形成されている。

次に、図１に示した電池パックの製造方法の一例について説明する。図４は、電池パックの製造方法を示すフローチャートである。

電池パック１を製造する場合、電池モジュール１０を収容するための有底筒状の筐体２１を準備する（筐体準備工程Ｓ１０）。筐体２１は、底板２５と、その底板２５から立設した側板２６ａ〜２６ｄとから構成される箱体を用意し、複数のネジ孔２１ｂ及びピン挿入孔２１ｃを端面２１ａの所定位置に形成することによって準備される。その後、端面２１ａ上に、シール部材２４を配置して接合することによってシール部材２４が配設された筐体２１が得られる（シール部材配設工程Ｓ１２）。

続いて、筐体２１内に、複数の電池モジュール１０を筐体２１内に配置して固定すると共に、複数の電池モジュール１０を電気的に接続する（電池モジュール収容工程Ｓ１４）。

その後、蓋２２で筐体２１に開口を塞ぎ、蓋２２を筐体２１に取り付ける（取付工程Ｓ１６）。この取付工程Ｓ１６について説明する。

図５（Ａ）は、蓋２２を筐体２１に取り付けるための取付治具３０の概略構成を示す図面ある。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の取付治具３０を蓋２２が配置される側からみた図面である。図５（Ｂ）では、説明のために蓋２２も図示している。取付治具３０は、矩形平板状のベース板３１の４つの縁部それぞれからガイド板３２ａ〜３２ｄが立設されて構成されている。４つのガイド板３２ａ〜３２ｄからなる枠体３２の内側に蓋２２が配置される。

ベース板３１は、電磁石３３を有しており、電磁石３３の磁力のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって金属製の蓋２２をベース板３１に脱着自在となっている。ベース板３１のうち蓋２２の貫通孔２２ｂに対向する部分には、位置合わせ用ピン３４が固定されており、貫通孔２２ａに対応する部分には、ネジ２３が通される貫通孔３１ａが形成されている。貫通孔３１ａの大きさは、ネジ２３の全体が貫通孔３１ａを通過可能な大きさ以上であればよい。

次に、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して、取付治具３０を利用した蓋２２の筐体２１に対する位置合わせ方法について説明する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、蓋２２の位置合わせ工程を示す図面である。図６（Ａ）に示すように、ベース板３１の電磁石３３をＯＮにすることによって、すなわち、電磁石３３の磁力を発生させることによって蓋２２をベース板３１に結合し、その後、蓋２２が固定された取付治具３０を筐体２１上に移動させる。ベース板３１に蓋２２を結合させる際、位置合わせ用ピン３４を対応する蓋２２の貫通孔２２ｂに通しておく。

次に、図６（Ｂ）に示すように、ガイド板３２ａ〜３２ｄからなる枠体３２で蓋２２を筐体２１にガイドしながら、蓋２２から突出した位置合わせ用ピン３４を、筐体２１の対応する挿入孔２１ｃに通して、蓋２２と筐体２１との位置合わせを行う（位置合わせ工程Ｓ１６ａ）。

その後、ベース板３１の貫通孔３１ａ及び蓋２２の貫通孔２２ａからネジ２３をネジ孔２１ｂに挿入し、それらを締結することによって、蓋２２を筐体２１に固定する（固定工程Ｓ１６ｂ）。このように蓋２２を筐体２１にネジ止めする過程で、シール部材２４が蓋２２と筐体２１で押圧されることによって、蓋２２と筐体２１との間がシールされる。

蓋２２を筐体２１にネジ止めした後、取付治具３０の電磁石３３をＯＦＦにすること、すなわち、電磁石３３の磁力を発生させないことによって蓋２２をベース板３１から切り離して、取付治具３０を取り外す（治具取外し工程Ｓ１６ｃ）。位置合わせ用ピン３４はベース板３１と一体化していることから、取付治具３０を蓋２２から取り外すことで、位置合わせ用ピン３４も蓋２２及び筐体２１から取り外される。このようにして、図１に示した電池パック１が得られる。

電池パック１及びその製造方法では、蓋２２を筐体２１にネジ止めすることで、シール部材２４が押圧されてケース２０内がシール部材２４で封止される。筐体２１にピン挿入孔２１ｃが形成されており、蓋２２に貫通孔２２ｂが形成されていることから、複数のネジ２３とネジ孔２１ｂとの組み合わせではなく、位置合わせ用ピン３４によって蓋２２と筐体２１との位置合わせを行い得るので、位置合わせの際にネジ２３でシール部材２４を傷つけることがない。その結果、蓋２２と筐体２１とのシール性も向上する。更に、位置合わせ用ピン３４を使用して蓋２２と筐体２１との位置合わせを行っているので、上記位置合わせが容易である。このことによって、電池パック１の製造時間が短縮され得る。

ピン挿入孔２１ｃがシール部材２４より外側に配置されているので、ピン挿入孔２１ｃ及び貫通孔２２ｂが筐体２１及び蓋２２に形成されていても、ケース２０がシール部材２４によってシールされ得る。また、ピン挿入孔２１ｃは、シール部材２４より外側に形成されていることから、端面２１ａにおいてより広い領域、すなわち、シール部材２４から端面２１ａの外側の辺までの距離がより長い領域に形成し得る。このことによって、位置合わせの際に、位置合わせ用ピン３４でシール部材２４が損傷することが低減されるので、シール性をより確実に確保できる。

更に、ピン挿入孔２１ｃが端面２１ａに２つ形成されているので、蓋２２と筐体２１との位置合わせが容易であると共に、位置合わせの精度が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

筐体２１は、平面視形状が矩形の箱体に限らず、平面視形状が他の多角形状、例えば、五角形でもよい。ピン挿入孔２１ｃの数は、２つに限定されず、１つ以上でもよいし、或いは、３つ以上でもよい。ただし、ピン挿入孔２１ｃの数は、ネジ孔２１ｂの数より少ないことが好ましい。ピン挿入孔２１ｃが一つの場合、図５に示したような取付治具３０を使用すれば、ガイド板３２ａ〜３２ｄによって蓋２２の回転が規制されるので蓋２２と筐体２１との位置合わせが容易である。

また、蓋２２と筐体２１との結合形態はネジ止めに限定されず、蓋２２と筐体２１とは、圧入を利用して結合されてもよい。

１…電池パック、１０…電池モジュール、１１…電池セル、２０…ケース、２１…筐体、２１ａ…端面、２１ｂ…ネジ孔（第１の挿入孔）、２１ｃ…ピン挿入孔（第２の挿入孔）、２２…蓋、２２ａ…貫通孔（第１の貫通孔）、２２ｂ…貫通孔（第２の貫通孔）、２３…ネジ（固定部材）、２４…シール部材、３０…取付治具、３３…電磁石、３４…位置合わせ用ピン（位置合わせ部材）。

Claims (6)

1. 電池モジュールを有する電池パックであって、
   前記電池モジュールを収容する有底筒状の筐体と、
   前記筐体の開口側の端面上に設けられており前記筐体の周方向に沿って延びるシール部材と、
   前記筐体の前記開口を塞ぐと共に、複数の固定部材によって前記筐体に固定される蓋と、を備え、
   前記端面には、前記複数の固定部材が挿入される複数の第１の挿入孔が形成されていると共に、前記筐体と前記蓋との位置合わせのための位置合わせ部材が挿入される第２の挿入孔が形成されており、
   前記第２の挿入孔は、前記端面の幅方向において、前記シール部材より外側に形成されており、
   前記第１の挿入孔は、前記幅方向において、前記シール部材より内側に形成されており、
   前記蓋には、前記複数の第１の挿入孔のそれぞれに対向する部分に、対応する前記固定部材を通すための第１の貫通孔が形成されており、前記第２の挿入孔に対向する部分に前記位置合わせ部材を通すための第２の貫通孔が形成されている、
   電池パック。
2. 前記端面には、前記第２の挿入孔が２つ以上形成されている、
   請求項１記載の電池パック。
3. 電池モジュールを有する電池パックの製造方法であって、
   有底筒状の筐体の開口側の端面上に、リング状のシール部材を配設するシール部材配設工程と、
   前記筐体内に前記電池モジュールを収容する収容工程と、
   前記電池モジュールが収容されており前記シール部材が配設された前記筐体の開口側の端面に複数の固定部材によって蓋を取り付ける取付工程と、を備え、
   前記端面には、前記複数の固定部材が挿入される複数の第１の挿入孔が形成されていると共に、前記筐体に対する前記蓋の位置合わせ部材が挿入される第２の挿入孔が形成されており、
   前記第２の挿入孔は、前記端面の幅方向において、前記シール部材より外側に形成されており、
   前記蓋には、前記複数の第１の挿入孔のそれぞれに対向する部分に、対応する前記固定部材を通すための第１の貫通孔が形成されており、前記第２の挿入孔に対向する部分に前記位置合わせ部材を通すための第２の貫通孔が形成されており、
   前記取付工程は、
   前記位置合わせ部材を、前記第２の貫通孔を介して、対応する前記第２の挿入孔に挿入することによって、前記蓋と前記筐体との位置合わせをする位置合わせ工程と、
   各前記固定部材を、対応する前記第１の貫通孔を介して、対応する前記第１の挿入孔に挿入して固定することによって、前記蓋を前記筐体に固定する固定工程と、
   前記位置合わせ工程の後、前記位置合わせ部材を前記第２の挿入孔から取り外す取外し工程と、
   を有する、
   電池パックの製造方法。
4. 前記位置合わせ工程では、前記位置合わせ部材が取り付けられた取付治具であって前記蓋を脱着自在な前記取付治具に、前記第２の貫通孔に前記位置合わせ部材を挿入した状態で、前記蓋を固定し、前記取付治具に固定された前記蓋から突出する前記位置合わせ部材を前記筐体の前記第２の挿入孔に挿入することによって、前記蓋と前記筐体とを位置合わせし、
   前記取外し工程では、前記蓋から前記取付治具を取り外すことによって、前記位置合わせ部材を取り外す、
   請求項３記載の電池パックの製造方法。
5. 前記蓋は金属製であり、
   前記取付治具は、電磁石を有する、
   請求項４記載の電池パックの製造方法。
6. 前記筐体と前記蓋とが前記複数の固定部材によって固定された状態において、前記第２の挿入孔には前記位置合わせ部材が挿入されておらず、かつ、前記第２の貫通孔には前記位置合わせ部材が通されていない、
   請求項１又は２に記載の電池パック。

Images